核武器
贺氏安全 / 2015-09-13

核武器是指包括氢弹、原子弹、中子弹、三相弹、反物质弹等在内的与核反应有关的巨大杀伤性武器。


利用能自持进行的原子核裂变或聚变反应瞬时释放的巨大能量,产生爆炸作用,并具有大规模毁伤破坏效应的武器。主要包括裂变武器(第一代核武器,通常称为原子弹)和聚变武器(亦称为氢弹,分为两级及三级式)。核武器也叫核子武器或原子武器。从广义上说核武器是指包括投掷或发射系统在内的具有作战能力的核武器系统。核武器通常指狭义的核武器,即由核战斗部与制导,突防等装置装入弹头壳体组成的核弹。核战斗部的主体是核爆炸装置,简称核装置。核装置与引爆控制系统等一起组成核战斗部。将核战斗部与制导、突防等装置装入弹头壳体,即构成弹道导弹的核弹头。广义的核武器通常指由核弹、投掷/发射系统和指挥控制、通信和作战支持系统等组成的、具有作战能力的核武器系统。


核弹的主要的破坏力来自于冲击波效应。绝大多数的建筑(当然除了特别加固和抗冲击结构的工事),将受到致命的摧毁。冲击波的速度将超过超音速的传播,而他肆虐的范围会随着核武器当量的增加而增加。两种相似又不同的现象将随冲击波的到来而产生:

静态超压:冲击波带来的压强急速升高,任何给定点的静态超压正比于冲击波中的空气密度;

动态压强:即是被形成冲击波的疾风拉扯的效应,疾风会推动、摇晃和撕裂周围的物体。

大多数核武器空爆造成的破坏就是由静态超压和动态的疾风合成的效果。较长时间的超压拉动建筑结构使其变得脆弱,这时吹来的疾风再一举将其摧毁。压缩、真空和拉扯效应总共会持续若干秒钟,或者更长。而这里的疾风比世界上任何可能出现过的飓风都要更加凶猛。

核武器的爆发的主要机制(冲击波和辐射)所造成的效果可以和传统炸药相比较。主要的不同是,核武器的能量释放更迅速也更强烈。


环境污染

1.放射性的污染

某些物质的原子核能发生衰变,放出我们肉眼看不见也感觉不到,只能用专门的仪器才能探测到的射线。物质的这种性质叫放射性。

2.放射性污染来源

1)、核武器试验的沉降物(在大气层进行核试验的情况下,核弹爆炸的瞬间,由炽热蒸汽和气体形成大球(即蘑菇云)携带着弹壳、碎片、地面物和放射性烟云上升,随着与空气的混合,辐射热逐渐损失,温度渐趋降低,于是气态物凝聚成微粒或附着在其它的尘粒上,最后沉降到地面。

2)、核燃料循环的“三废”排放原子能工业的中心问题是核燃料的产生、使用与回收、核燃料循环的各个阶段均会产生“三废”,能对周围环境带来一定程度的污染。

3)、医疗照射引起的放射性污染,由于辐射在医学上的广泛应用,已使医用射线源成为主要的环境人工污染源。

4)、其它各方面来源的放射性污染其它辐射污染来源可归纳为两类:一 工业、医疗、军队、核舰艇,或研究用的放射源,因运输事故、遗失、偷窃、误用,以及废物处理等失去控制而对居民造成大剂量照射或污染环境;二是一般居民消费用品,包括含有天然或人工放射性核素的产品,如放射性发光表盘、夜光表以及彩色电视机产生的照射,虽对环境造成的污染很低,但也有研究的必要。

3.放射性对人体的危害

在大剂量的照射下,放射性对人体和动物存在着某种损害作用。如在400rad的照射下,受照射的人有5%死亡;若照射650rad,则人100%死亡。照射剂量在150rad以下,死亡率为零,但并非无损害作用,往往需经20年以后,一些症状才会表现出来。放射性也能损伤遗传物质,主要在于引起基因突变和染色体畸变,使一代甚至几代受害。

4.放射性“三废”处理

放射性废物中的放射性物质,采用一般的物理、化学及生物学的方法都不能将其消灭或破坏,只有通过放射性核素的自身衰变才能使放射性衰减到一定的水平。而许多放射性元素的半衰期十分长,并且衰变的产物又是新的放射性元素,所以放射性废物与其它废物相比在处理和处置上有许多不同之处。

1).放射性废水的处理

放射性废水的处理方法主要有稀释排放法、放置衰变法、混凝沉降法、离子变换法、蒸发法、沥青固化法、水泥固化法、塑料固化法以及玻璃固化法等。

2).放射性废气的处理

(1)铀矿开采过程中所产生废气、粉尘,一般可通过改善操作条件和通风系统得到解决。

(2)实验室废气,通常是进行预过滤,然后通过高效过滤后再排出。

(3)燃料后处理过程的废气,大部分是放射性碘和一些惰性气体。

3)、放射性固体废物的处理和处置

放射性固体废物主要是被放射性物质污染而不能再用的各种物体

(1)焚烧(2)压缩 (3)去污(4)包装

5.放射性物质的分类

为了放射性货物的安全运输,将放射性物质分为五类:

a.低比活度放射性物质

b.表面污染物体

c.可裂变物质

d.特殊形式放射性物质

e.其他形式放射性物质

核弹爆发效应:以B-61 核弹头内的引爆核材料为例,一个核子武器的能量主要通过五种机制放射出来:

冲击波 40%-60%

热辐射 30%-50%

原始粒子辐射 4.9%

核电磁脉冲 0.1%

残留放射性(放射性尘埃)5%-10%

能量以何种形式被释放还要仰赖武器的设计以及爆炸时的环境。放射性尘埃的能量释放是持续的,而其他四种都是立即的短暂的爆发。

这最初四种机制释放的能量根据炸弹的尺寸而有区别。热辐射机制相对于距离衰减最缓慢,所以越是大当量的核弹,这种机制就越显得重要。粒子辐射被大气强烈吸收,所以他只在小威力的爆炸中体现出重要性。而冲击波效应的衰减,是介于上述二者之间的。 在爆发的一瞬间,核装药在一微秒内达到平衡温度。在这一时刻,大约75%的能量都以热辐射形式,特别是以软X射线的形式存在,而其他的残馀能量则都表现为武器碎片的动能。接下来,这些软X射线和碎片怎样与周围媒质作用就成为冲击波和光以及粒子之间怎样分摊能量的决定因素。总的来说,若是在爆心周围物质很密集,那麼它们将非常有效的吸收能量,冲击波的强度将会被加强。 当爆发在接近海平面的大气中进行时,绝大多数的软X射线将在数英尺内被吸收。一些能量转而形成紫外线、可见光和红外波段的辐射,但更多的被用来加热空气,形成火球。 在高空的爆发中,由于空气密度的降低,软X射线更趋向于行走更长的距离,在它们终究被吸收后,只有更少量的能量用来推动冲击波(海平面的50%或更少),而剩馀的都转化为其他形式的热辐射。


常见核弹

原子弹

以重核铀或钚裂变的核弹。原子弹的原理是核裂变链式反应——由中子轰击铀-235或钚-239,使其原子核裂开产生能量,包括冲击波、瞬间核辐射、电磁脉冲干扰、核污染、光辐射等杀伤作用。


氢弹

(一般指二相弹):氢弹是核裂变加核聚变——由原子弹引爆氢弹,原子弹放出来的高能中子与氘化锂反应生成氚,氚和氘聚合产生能量。氢弹爆炸实际上是两次核反应(重核裂变和轻核聚变),两颗核弹爆炸(原子弹和氢弹),所以说氢弹的威力比原子弹要更加强大。如装载同样多的核燃料,氢弹的威力是原子弹的4倍以上。当然,不能用大当量的原子弹与小当量的氢弹来比较。一般原子弹当量相当于几千到几万吨TNT,二相弹可能达到几千万吨TNT当量。

聚变核武器是使氢的同位素氘或氚化锂这类热核燃料中产生起爆条件,用裂变核弹的方法使核武器中的热核燃料具有10000000—20000000℃高温,从而引起核聚变。原子弹和氢弹通常以千吨或兆吨梯恩梯(TNT)当量作为单位来表示。如1945年美国投在广岛的裂变核弹,不到50公斤的铀释放出来的能量相当于2万吨化学炸药。各种聚变核弹即热核弹(氢弹),其威力最高可达60兆吨。据计算,在核武器爆炸时,1公斤铀—235全部裂变释放的能量相当于2万吨TNT释放的能量,而1公斤氘和氚的混合物完全聚变时放出的能量大约是1公斤铀—235完全裂变所放出能量的3—4倍。

世界上最大的一次核爆炸是苏联于1961年10月30日在新地岛进行的热核氢弹爆炸,当量5000万吨(原定10000万吨),爆炸威力的半径700公里,总覆盖面积为8.26万平方公里。核爆炸后,4000公里内的飞机、导弹、雷达、通讯等设备全部受到不同程度的影响。由于太恐怖,对环境破坏太严重,威力过度没有意义,以后再未如此疯狂试验。

氢铀弹(三相弹)经过核裂变—核聚变—核裂变三次核反应,它是在氢弹的外层又加一层可裂变的铀-238,破坏力和杀伤力更大,污染也更加严重,即为“脏弹”。也属于第二代核武器。

目前全世界只有两种氢弹构型,美国的T-U构型和中国的于敏构型。


中子弹

(增强辐射弹):以氘和氚聚变原理制作,以高能中子为主要杀伤力的核弹。中子弹是一种特殊类型的小型氢弹,是核裂变加核聚变——但不是用原子弹引爆,而是用内部的中子源轰击钚-239产生裂变,裂变产生的高能中子和高温促使氘氚混合物聚变。它的特点是:中子能量高、数量多、当量小。如果当量大,就类似氢弹了,冲击波和辐射也会剧增,就失去了“只杀伤人员而不摧毁装备、建筑,不造成大面积污染的目的”。也失去了小巧玲珑的特点。中子弹最适合杀灭坦克、碉堡、地下指挥部里的有生力量[6]  。

威力排序:氢铀弹>;氢弹>;原子弹>;中子弹;

辐射排序:中子弹>;氢铀弹>;氢弹>;原子弹

污染排序:氢铀弹>;氢弹>;原子弹>;中子弹


肮脏弹

主条目:脏弹

肮脏弹是作为一个术语代指具有放射性、非核武器的武器。它装填着放射性材料,爆炸的时候将放射性物质抛射散布,造成相当于核放射性尘埃的污染,造成灾难性的生态破坏。自九一一事件之后,西方政府最主要担心的一个就是恐怖分子可能利用肮脏弹袭击人口稠密区,作为区域封锁武器,就像其他更高级的更复杂的放射性武器,可以将这个地区在以后的数年或十几年中,退化为不适合人类居住的放射性地区。然而大多数的分析人士认为,肮脏弹的作用更主要体现在心理方面,而它所造成的污染可以用昂贵但是有效的净化措施来治理。


钴核弹

钴核弹的原理是在弹壳使用钴元素。核融合释放的中子会令钴变成钴-60,一种会在长期(约五年内)释放强烈伽傌射线的同位素,目的是维持长时期的强放射污染。除了使用钴外,亦可使用金造成维持数天污染,或用锌及铊造成维持数月的污染。不过由于三级的裂-聚-裂核武亦能部分达成同一目的,故此已知的核武国没有承认有生产钴核弹。


中子弹

主条目:中子弹

中子弹是小型的热核武器。武器内的X射线反射镜及弹壳以铬或镍制成,让核融合中产生的中子离开弹体。高能量的中子流比其他放射更具穿透能力。一般能阻隔伽傌射线的物料通常不足以抵挡中子流。因为只有水和电解质才能吸收中子,而生物中含大量水份,所以中子流对生物产生的伤害比伽傌射线更大。原先制造中子弹的目的,是希望可以杀人而不毁物(被戏称为「业主炸弹」或「房贷积欠款炸弹」:能杀死屋内的人,但房子无损)。中子弹所产生的热能及冲击波被故意减低,而中子流则被加强。但事实上中子弹的热及火仍然会对建筑物造成严重的损毁。所谓「杀人不毁物」只是相对其他热核武器。中子弹所加强的放射,只限于引爆的一刻,与感生放射核弹的长期放射有所不同。


冲击波弹

MK15核子弹

它是一种小型氢弹,采用了慢化吸收中子技术,减少中子活化,削弱其爆炸后辐射的作用,部队可以迅速进入爆炸区投入战斗,是一种战术核弹。


射线弹

原理类似一座无防护层的裂变反应堆,所以不会发生一般意义上的爆炸,只放出大量伽玛射线;尽管各种效应不大,也不会使人立刻死去,虽然能造成持久的放射线,但不一定会污染土地,能有效迫使敌人离开。


核电磁弹

Electromagnetic Pulse(EMP)

经过改造的核弹,减弱了冲击波与核辐射效应,增强了电磁脉冲效应(利用康普顿散射、光电效应等原理),利用在大气层以上的核爆炸,产生大量定向或不定向的强电磁脉冲,基本上对人体无害,但可使电器(或金属)急速升温烧毁。


贫化铀弹

贫化铀弹又称衰变铀弹或者是耗弱铀弹。是指弹体使用以核能发电所产生出的核废料贫化铀为主原料的合金所制作出的弹头。 由于在实战、演习、射击训练时,贫化铀粉末会扩散到自然环境中,而贫化铀是具有化学毒性的重金属,同时也是放射性物质,所以使用贫化铀弹的正当性也引起争议。包括中国[2]等多个国家均研制装备有该种弹,全世界只有美国在战争中使用过贫铀弹。


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